Альтернативное отопление частного дома

Тепловые насосы для отопления частного дома

При этом способе альтернативного отопления оборудование извлекает и концентрирует тепло, которое аккумулируется в земле, воде или воздухе. Передача энергии осуществляется в теплообменниках, а для циркуляции теплоносителей в системе используется насколько независимых контуров. По принципу работы тепловой насос похож на холодильную установку (где основным силовым элементом является компрессор), только действует он наоборот.

Геотермальные установки «грунт-вода» и «грунт-воздух»

Эти установки собирают тепло из протяжённых скважин или горизонтальных пластов с небольшой глубины. Такие тепловые насосы являются самыми эффективными, так как тепловая энергия грунта обладает стабильными показателями, причём она доступна в любых широтах. Есть два вида устройств:

• Вертикальные зонды располагаются в скважинах глубиной до нескольких сот метров. Они показывают лучшую производительность, но слишком дорого стоят, в основном из-за бурильных работ.
• Горизонтальные коллекторы состоят из системы труб, уложенных на глубине порядка 1,2-1,5 метров (ниже уровня промерзания). Они менее эффективны и занимают значительные площади, которые не подлежат застройке и не подходят для выращивания многолетних растений. Главное достоинство таких конструкций – намного меньшие затраты на земляные работы.

Тепловой насос «вода-вода» и «вода-воздух»

Контур с первичным теплоносителем располагается на дне незамерзающего озера или реки. По конфигурации он похож на горизонтальный коллектор. Использоваться может тепло промышленных стоков и канализации, а также грунтовых вод. Есть два типа конструкций:

• Вода является теплоносителем и прокачивается внутри открытого первичного контура.
• Вода отдаёт свою энергию замкнутому первичному контуру, где в качестве теплоносителя циркулирует «рассол».

Очевидно, что для организации такого энергоснабжения непосредственно возле дома должен находиться подходящий водоём довольно большой площади.

Воздушные тепловые насосы

Для получения тепла из воздуха применяют устройства с крупным радиатором-теплообменником и производительным вентилятором, который должен прокачивать большие объёмы воздушных масс. Эти установки могут нагревать воду либо сразу отдавать энергию воздуху (так, например, работают кондиционеры с функцией подогрева), иногда они используют тепло дымовых газов или исходящих потоков из вентиляционных систем.

Это самые недорогие тепловые насосы, но они наименее производительные и не все могут работать при значительных минусовых температурах (в большинстве случаев -10 является пределом). Только самые продвинутые установки с инверторным управлением будут давать тепло при -25 градусах на улице.

Итак, имеют ли право на жизнь альтернативные способы отопления частного дома? Безусловно! Это по меньшей мере дальновидно. Уже сейчас они могут качественно дополнить традиционные генераторы тепла. Если позволяют технические условия, можно собрать гибридную систему, и полностью перейти на возобновляемые источники. Правда, для этого понадобится энное количество денежных средств и квалифицированная помощь профессионалов. Но если по каким-то причинам уйти от углеводородов не получается, то есть смысл модернизировать обычную систему отопления, чтобы можно было максимально эффективно регулировать температуру теплоносителя, или, как вариант, направить усилия на утепление ограждающих конструкций дома, чтобы свести к минимуму общие потери тепла.

Тепловые насосы

Тепловой насос – устройство, которое способно получать энергию для теплоснабжения от любых источников: земли, воды, воздуха.

Принцип работы теплового насоса основан на теплообменном цикле Карно (такой же, который использует холодильник).

Устройство теплового насоса включает два основных элемента — конденсатор и испаритель, связанных в общий контур.

В контуре под воздействием компрессора циркулирует теплоноситель.

Для эффективного использования низкотемпературных источников таких, как грунтовые воды (описание водоносных горизонтов речных пойм изучите здесь), он имеет низкую температуру кипения.

Рабочий цикл

Теплоноситель, под давлением, попадает в камеру испарителя, где испаряется и расширяется, забирая тепло стенок камеры и окружающей среды.

Компрессор сжимает теплоноситель, за счёт чего, его температура повышается и нагнетается в камере конденсатора.

Здесь теплоноситель переходит в жидкое состояние и отдает тепло, которое, затем, передается в отопительный контур.

Сам же он охлаждается и снова поступает в камеру испарителя. В дальнейшем, процесс повторяется.

Для нужд отопления частных домов использует тепловые насосы, работающие по схемам теплообмена:

• Вода-грунт, вода-вода (вода-рассол).

  В этом случае источником тепла служит грунтовые воды, или капилляры искусственного происхождения, заполненные рассолом, или массивы грунта.

  Для стабильной работы теплового насоса такого типа потребуется одна или несколько скважин глубиной не менее 50 метров (как осуществляется прокладка наружных инженерных сетей и коммуникаций прочитайте на этой странице).

  На этой глубине грунтовые воды и имеют стабильную температуру, порядка 10 градусов.

  Источником тепла может служить и природный водоем достаточной глубины (не промерзающий до дна, в этом случае температура нижних слоев воды также стабильна и составляет 4 градуса).

• Воздух-вода, в этом случае источником тепла служит наружная атмосфера.

  Вне зависимости от температуры воздуха, тепловой насос отберет энергию у воздушных масс и передаст ее в отопительный контур.

  Естественно, эффективность работы тем выше, чем выше температура воздуха в точке размещения испарителя.

  К сведению!

  Этот же принцип используют вентиляционные установки с рекуперацией тепла, которые отбирают энергию отводимого из помещения воздуха, используя ее для нагрева воздуха в приточном контуре.

Тепловой насос не может функционировать без электроснабжения, необходимого для работы компрессора.

Однако, потребление электроэнергии гораздо ниже чем на нагрев (коэффициент преобразования тепла, КПТ – не хуже 4.5).

К примеру, для обеспечения мощности отопления в 10 кВт, компрессору теплового насоса необходима электрическая мощность1.5-2 кВт.

Еще одна особенность работы такого устройства – эффективность его тем выше, чем меньше разница температур между испарителем и нагрузочным тепловым контуром.

Поэтому тепловые насосы используют для низкотемпературных систем отопления, таких как «теплый пол».

Основные преимущества тепловых насосов:

• Применение в любых регионах при любых погодных условиях;
• Экономичность;
• Автономность — тепловой насос может быть использован в качестве основного источника тепла для отопления.

Кроме того, тепловой насос — реверсивная тепловая машина, которая работает и на нагрев, и на охлаждение. Главный недостаток этого устройства — его высокая стоимость.

Посмотрите работу теплового насоса, установленного в сельской школе Волгоградской области. Дешево и сердито.

https://youtube.com/watch?v=0DFzoKqiSEc

Как обойтись без подключения к газопроводу и электричеству

Не всегда получается использовать для отопления газ или электричество. И тогда на помощь приходят другие варианты

Есть несколько альтернативных способов отопления дома без газа и электричества. Самый распространенный — печи и камины на дровах, угле и пеллетах. Обычно возводят кирпичное сооружение или покупают заводской агрегат. Требуется соорудить и дымоход. Можно одновременно готовить пищу, если предусмотрена варочная панель. Печи и камины — отличный выход, когда стоит вопрос о том, как отопить дом без газа и электричества.

Всё большую популярность набирают способы извлечения автономного электричества:

1. От солнечных коллекторов. Эти агрегаты преобразуют солнечную энергию в тепловую и электрическую. Оборудование обычно устанавливают на крышах зданий. Стоит оно немало, но потратившись один раз, без электричества и тепла не останешься, пока наша земля прогревается небесным светилом.
2. Используя энергию ветра. Оборудование для получения электроэнергии от ветра можно купить готовое. Но домашние умельцы делают его и самостоятельно. Всё устройство включает в себя вертушку, аккумулятор и генератор.

Оба варианта, и солнечный, и «ветровой» решают проблему. Второй вариант более выгоден в местах, где безветренная погода — редкость. Если есть желание сделать отопление частного дома своими руками без газа, то можно попытаться соорудить маленькую «ветровую электростанцию».

Структура и обоснованная необходимость в их применении

К нетрадиционным источникам энергии относят:

• солнечную;
• ветровую;
• геотермальную;
• энергию морей, рек, приливов;
• биоэнергетику;
• энергию атмосферного электричества и грозовую энергетику.

Увеличение населения Земли требует больших энергетических затрат. Запас полезных ископаемых, представляющих традиционные источники, не безграничен. Поэтому ведется активный поиск путей решения энергетической проблемы

Переход на использование чистых, природных источников является важной вехой в развитии человечества

Основные причины, побуждающие к переходу на АЭИ:

1. Глобально-экологическая. Применение традиционных энергодобывающих технологий ведет мир к глобальной экологической катастрофе. Одно из таких последствий – изменение климата, которое длится уже несколько лет.
2. Политическая. Страна, освоившая АЭИ первой, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.
3. Экономическая. Переход на нетрадиционные энергетические технологии даст возможность перераспределить топливные ресурсы для развития промышленности. Стоимость альтернативной энергии значительно ниже, чем электроэнергии, получаемой из традиционных источников.
4. Социальная. С ростом численности населения становится сложным найти место для строительства АЭС и ГРЭС, которое было бы безопасным для окружающих. Исследования показали, что у населения, проживающего неподалёку от таких станций, подтвержден больший процент онкологических и других тяжелых заболеваний.
5. Эволюционно-историческая. Объем топливных ресурсов ограничен, биосфера и атмосфера страдают от их использования. Эти факторы тормозят процесс эволюции человечества. Переход на альтернативные источники энергии будет толчком к новому этапу развития.

Система теплового насоса

Работа теплового насоса основана на сборе теплоты от сторонних (геотермальных) низкотемпературных источников:

1. Грунт;
2. Вода – водоем или подземный слой;
3. Воздух.

Работа устройства реализуется через способность хладагента кипеть при низкой температуре. Наружная сеть сбора тепла наполнена теплоносителем (обычно незамерзающим). Теплоноситель циркулирует и доставляет тепло в испаритель. От нагрева на 5 – 7С хладагент закипает и его пары покидают теплообменный аппарат.

Затем они сжимаются компрессором (при этом приобретают большее давление и температуру) и подаются в конденсатор, где отдают тепло воде системы отопления. После конденсатора сжиженный хладагент проходит через дроссельный клапан. Там он резко расширяется и со сниженным давлением, охлажденный, вновь поступает в испаритель.

Наружные сети сбора тепла монтируются из полимерных трубопроводов.

Они забирают тепло от доступных источников на земельном участке. В случае сооружения сети в почве контуры заглубляют на глубину ниже точки промерзания для соответствующего региона (справочные данные).

Также сети монтируют в сопредельные водоемы или бурят скважины для доступа к грунтовым водам.

Глубина скважин варьируется от 30 до 150 метров, стоимость работ по их строительству довольно высока.

Использование теплоты воздуха реализуется чаще всего в самых южных регионах, где наружная температура редко достигает отрицательных значений.

Схема работы теплового насоса является энергозависимой – работа компрессора обеспечивается электрическим приводом. При затратах 1 кВт электроэнергии получают от 4,5 до 5,5 кВт теплоты. Температура теплоносителя, произведенного тепловым насосом, наиболее приемлема для работы низкотемпературных комплексов отопления – теплых полов, теплых стен, медных конвекторов.

Начальные вложения для всех систем альтернативного отопления имеют солидные значения. Самостоятельное изготовление и монтаж энергопроизводящих альтернативных установок имеет свои сложности. Внедрение систем отопления на базе альтернативного источника энергии доступно пока немногим из-за высокой стоимости оборудования.

Но техника развивается и совершенствуется, запасы углеводородов неумолимо истощаются, все виды топлива дорожают. Такие тенденции дают новые перспективы развития комплексам альтернативного отопления, что наиболее актуально для владельцев частных домов и дач.

(Просмотров 256 , 1 сегодня)

Рекомендуем прочитать:

Отопительные водяные котлы на твердом топливе

Электрический котел для отопления частного дома

Жидкотопливные котлы отопления

Запорная и регулирующая арматура отопления

Подключение накопительного водонагревателя своими руками

Система воздушного отопления дома

Варианты альтернативных систем отопления частного дома

Среди наиболее перспективных источников тепла называют устройства, работа которых осуществляется с помощью природных явлений. Например, многие знают, что ветрогенераторы используются человечеством уже давно. При достаточной силе ветра эти установки способны снабдить энергией несколько отопительных приборов. Конечно, в случае с частной недвижимостью этот вариант не рассматривается из-за дороговизны, но есть и другие решения, которые не столь невыполнимы.

Твердотопливный котел в роли альтернативного источника отопления частного дома

Чтобы отойти от газа и электричества к другому энергоносителю, проще всего заменить котел. Настоящим решением проблемы могут стать твердотопливные модели, которые сейчас невероятно востребованы. Интересный вариант – отопительный прибор, работающий на биотопливе. В продаже для него можно найти специальные брикеты, но для отопления также подойдут древесные щепки, гранулы торфа или соломы. Хотите чего-то проще? Дровяные и угольные котлы по-прежнему актуальны.

Плюсы варианта:                                                                   

• относительная доступность;
• высокая эффективность;
• экологичность;
• отсутствие привязки к централизованным магистралям.

Среди минусов стоит отметить необходимость периодического подбрасывания топлива и непродолжительную работу в автономном режиме. Не забываем, что дрова и уголь нужно постоянно закупать и где-то хранить.   

Солнечные коллекторы в роли альтернативного способа отопления частного дома

Солнечными коллекторами называют специальные пластины, которые зачастую размещаются на крыше постройки. Они «собирают» солнечное тепло и по теплоносителям передают его в котельную, где находится теплообменник. Нагретая таким способом вода может применяться для обогрева жилища и прочих бытовых потребностей.

Несмотря на то, что современные модели коллекторов способны аккумулировать тепло солнца даже в пасмурную погоду и при низкой температуре, в роли единственного источника их можно использовать только в южных регионах. В более холодных районах зимой они становятся практически бесполезными, поскольку световой день значительно уменьшается и, следовательно, солнце радует своим присутствием уже не так часто.

Выводы об альтернативных видах отопления частного дома

По сути, перечисленные выше варианты являются единственными доступными на данный момент решениями. Конечно, есть еще и геотермальные насосы, которые используют для отопления энергию земли и воды. Однако их покупка и установка обойдутся неоправданно дорого. А для стабильного функционирования данных тепловых агрегатов требуется непрерывное поступление электроэнергии, поэтому автономными их никак нельзя назвать.

Вентиляция

Использование вентиляции, как источника отопления, по крайне мере, звучит интересно, ведь назначение вентиляции — удалять из помещений воздух, в котором содержится пыль, ощущается дефицит кислорода и наличие неприятных запахов. Но ведь с воздухом удаляется и часть теплоты. Как это может быть использовано? Также в систему вентиляции (в ее приточную часть) можно своими руками установить ТЭН для подачи в дом подогретого воздуха.

Системы используют теплый отходящий воздух для подогрева холодного, приточного воздуха. Лучшая экономичность, показатели использования оборудования достигаются при регулировании расхода воздуха согласно его действительной потребности.

2 Энергия Солнца

Наибольшей популярностью пользуются солнечные коллекторы для нагрева воды. Принцип действия таких конструкций заключается в пропускании жидкого носителя по покрытым черной краской трубкам сквозь прозрачный сверху ящик, с качественной термоизоляцией снизу и по бокам. В некоторых случаях используется триплекс, который лучше удерживает температуру внутри коллектора. Солнечные лучи очень быстро нагревают жидкость, при этом тепло не теряется, а наоборот, накапливается. Дальше вода может быть направлена в коммуникации горячего водоснабжения или же в замкнутую систему отопления.

Но возможно и другое применение солнечной энергии – переработка её в электричество. Для этого на крыше и любых других подходящих горизонтальных поверхностях, включая незанятые посадками и постройками площадки на территории участка, устанавливаются специальные батареи фотоэлементов. Улавливая свет, они преобразуют его в электричество, которые затем поступает либо в аккумулятор, откуда расходуется на работу обогревательных приборов, например, тенов. Либо сразу через стабилизатор и инвертор в сеть. Первый прибор защищает от скачков напряжения, а второй  – для получения переменного тока. Однако следует учитывать, что в последнем случае всё-таки возможны перепады подачи тока, поэтому логичнее использовать аккумуляторы.

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

Как сделать ветрогенератор

Солнечные электростанции не работают ночью и в пасмурную погоду, а электричество требуется всегда. Поэтому, проектируя альтернативную энергетику для дома своими руками, нужно предусмотреть в ней генератор, не зависящий от солнца.

Для использования в качестве второго источника энергии отлично подойдёт ветрогенератор. Его можно собрать даже из б/у запчастей, что существенно сэкономит ваши средства.

Список того, что понадобится для сборки ветряка:

1. Генератор с магнитным возбуждением от грузовика или трактора.
2. Труба с наружным диаметром 60 мм и длиной 7 метров.
3. Полтора метра трубы с внутренним диаметром 60 мм.
4. Стальной трос.
5. Скобы и колышки для крепления троса.
6. Провода, сечением 4 мм².
7. Повышающий редуктор 1 к 50.
8. ПВХ труба, диаметром 200 мм.
9. Диск от циркулярной пилы.
10. Два разъёма EC-5.
11. Кусок стального листа, толщиной 1 мм.
12. Лист алюминия, толщиной 0,5 мм.
13. Подшипник под внутренний диаметр мачты.
14. Муфта для соединения валов генератора и редуктора.
15. Труба под внутренний диаметр подшипника, длина — 60 см.

Изготовление ветроколеса для дома

Главным элементом любого ветряка являются лопасти, поэтому их нужно изготовить первыми.

Чтобы определиться с размерами, используйте таблицу.

Ветроколесо по мощности в идеале должно совпадать с генератором, но из-за чрезмерно больших размеров получающегося колеса это не всегда возможно. Поэтому чаще всего мощность лопастей значительно ниже таковой у генератора. В этом нет ничего страшного.

Разрежьте ПВХ трубу на отрезки, равные длине лопастей. Распилите их пополам по продольной оси. Перерисуйте на половинки трубы разметку и по ней вырежьте лопасти. Отпилите от заготовок треугольники. Из стального листа вырежьте крепления для лопастей и просверлите в них дырки. Возьмите диск от циркулярной пилы, насверлите в нём отверстий и болтами прикрутите лопасти к диску.

Сборка, установка и подключение

Выройте яму и забетонируйте в ней трубу с внутренним диаметром 60 мм. Возьмите семиметровую трубу и, отступив 1 метр от края, установите на неё скобы. Вварите в тот же край трубы подшипник, используя аргонную сварку.

Согните из стального листа раму и снизу приварите к ней трубу, которая влезает в подшипник. Закрепите на раме редуктор с генератором, соединив их валы. Установите снизу рамы и на верхушке мачты 2 ограничителя в виде штырей. Они не дадут раме поворачиваться больше, чем на 360 градусов. Сделайте флюгер из алюминиевого листа и закрепите его на задней части рамы. В основании мачты просверлите отверстие для провода.

Подключите к генератору провод и протяните его сквозь раму и мачту. Оденьте на вал редуктора ветроколесо и закрепите его на нём. Вставьте раму в подшипник и покрутите её. Она должна легко вращаться.

Ветряк в сборе выглядит примерно так:

1. Лопасти.
2. Диск от циркулярки.
3. Редуктор.
4. Соединительная муфта.
5. Генератор.
6. Флюгер.
7. Крепление флюгера.
8. Подшипник.
9. Ограничители.
10. Мачта.
11. Провод.

Вбейте в землю колышки так, чтобы расстояние от мачты до каждого из них было одинаковым. Привяжите тросы ко скобам на мачте. Для установки мачты нужно вызывать автокран. Не пытайтесь установить ветрогенератор самостоятельно! В лучшем случае вы разобьёте ветряк, в худшем — пострадаете сами. После поднятия мачты автокраном, направьте её основание в забетонированную ранее трубу и дождитесь, пока кран опустит её в трубу.

Трос нужно привязывать к колышку в натянутом состоянии. Причём все тросы должны быть привязаны так, чтобы мачта стояла строго вертикально, без перекосов.

Подключать ветрогенератор нужно к зарядному устройству через разъём ЕС-5. Сама зарядка устанавливается в щитке с оборудованием СЭС и подключается напрямую к аккумулятору.

Сборка электростанции закончена. Теперь вы не останетесь без электричества, даже если вам отключат свет на длительное время. При этом не придётся тратить деньги на топливо для генератора и время на его доставку. Все будет работать автоматически и не потребует вашего вмешательства.

3 Ветер в помощь – получаем тепло из воздуха

Отличный вариант для получения электричества – обычный ветряк. Даже там, где сильные движения воздушной массы довольно редки, слабые порывы способны раскрутить вертикально ориентированные лопасти, которые вращаются независимо от направления ветра. Несколько таких установок способны выдать около 2-3 киловатт, что вполне обеспечит работу электрического тёплого пола или инфракрасных панелей. Преимущество перед солнечными батареями очевидно – нет зависимости от тёмного или светлого времени суток, ветер дует и ночью. Но при этом стоимость подобного проекта может оказаться довольно велика. Впрочем, когда речь идёт не о самоокупаемости ветряка, а о комфорте зимой, можно один раз пойти на большие финансовые затраты.

Недостаток ветрогенераторов – необходимость сначала получить электроэнергию, а уже потом тепло. Неизбежны ощутимые потери в такой цепочке, то есть, у системы довольно низкий КПД. Однако, если изготовить ветряк своими руками, можно существенно снизить затраты и при этом обеспечить дом постоянным источником электрической энергии, от которой могут работать не только котлы отопления, но и бытовые приборы. Единственное условие – размещать генератор нужно на расстоянии порядка 100 метров от дома, чтобы гул лопастей и вибрация штанги не оказывали негативного воздействия на нервную систему жильцов.

Выводы и полезное видео по теме

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений.

Цель, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме геотермального отопления частного дома? Можете оставлять комментарии к публикации. Форма для связи находится в нижнем блоке.